KR19980077061A - How to control yaw motion of vehicle active steering - Google Patents

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KR19980077061A KR1019970014030A KR19970014030A KR19980077061A KR 19980077061 A KR19980077061 A KR 19980077061A KR 1019970014030 A KR1019970014030 A KR 1019970014030A KR 19970014030 A KR19970014030 A KR 19970014030A KR 19980077061 A KR19980077061 A KR 19980077061A
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정연구
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김영귀
기아자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량 능동 조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것으로, 종래 기계식 조향장치의 조향은 운전자의 조향에 전적으로 의존 되므로, 외란 작용시 대형사고로 유발될 수 있는 요우모션을 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.The present invention relates to a method of controlling a yaw motion of a vehicle active steering apparatus, and in the related art, since the steering of a mechanical steering apparatus is totally dependent on the steering of a driver, there is a problem in that yaw motion that can be caused by a large- there was.

이에 현재 의욕적으로 개발중인 것이 능동 조향장치인데, 본 발명은 이러한 능동 조향장치의 요우모션 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 예시도면 도 3 에서와 같이 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 조향각을 결정하여 제어기가 부여할 수 있도록 한 것이다.As shown in FIG. 3, the lateral acceleration of the vehicle, which is a cause of the lateral motion of the vehicle, is transmitted to the front wheel So that the controller can determine the steering angle that excludes the yaw rate from the lateral slip angle.

따라서, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있는 것이다.Therefore, when the disturbance occurs, the yawing motion is suppressed and the driving trajectory is maintained, so that the driving stability of the vehicle is improved.

Description

차량 능동 조향장치의 요우모션 제어방법How to control yaw motion of vehicle active steering

본 발명은 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도와 관계된 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 제어기의 조향각을 결정하여 외란작용시 차량의 요우모션을 억제한 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a yawing motion control method for a vehicle active steering apparatus, and more particularly, to a yawing motion control method for a yawing motion control apparatus for a yawing yawing motion of a vehicle by determining a steering angle of a controller that excludes yaw rate at a lateral slip angle, To a yawing motion control method for a vehicle active steering system in which a yawing motion of a vehicle is suppressed.

차량의 진행방향을 임의로 변경시키기 위한 조향장치는 크게 조작기구와 기어기구 그리고 링크기구로 분리될 수 있다.The steering apparatus for arbitrarily changing the traveling direction of the vehicle can be largely divided into an operating mechanism, a gear mechanism, and a link mechanism.

즉, 도 1 (가)에 도시된 바와같이 조작기구는 운전자가 직접 조향조작을 하여 기어기구와 링크기구에 조작력을 전달하는 기구로 조향휠(1), 조향축(2) 등으로 구성되어 있다.That is, as shown in Fig. 1 (a), the operating mechanism is a mechanism that the driver directly performs a steering operation to transmit the operating force to the gear mechanism and the link mechanism, and is constituted by the steering wheel 1, the steering shaft 2 .

기어기구는 조향축의 회전을 감속함으로써, 조작력을 증대시킴과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어 링크기구에 전달하는 부분이며, 프레임에 고정된 기어기구이다.The gear mechanism increases the operating force by reducing the rotation of the steering shaft and changes the direction of movement of the operating mechanism to transmit the operating mechanism to the link mechanism. The gear mechanism is a gear mechanism fixed to the frame.

링크기구는 기어기구의 움직임을 전륜에 전달함과 동시에 좌우 전륜의 관계위치를 올바르게 유지하는 기구로 피트먼암(3), 릴레이 로드(4), 타이로드(5), 너클암(6) 등으로 구성되어 있다.The link mechanism is a mechanism that transmits the movement of the gear mechanism to the front wheels and maintains the relative positions of the right and left front wheels correctly. The link mechanism is composed of a footmember 3, a relay rod 4, a tie rod 5, a knuckle arm 6 Consists of.

따라서, 운전자가 조향휠(1)을 돌리면, 회전운동은 조향축(2)을 거쳐 조향기어에 전달된다.Therefore, when the driver turns the steering wheel 1, the rotational motion is transmitted to the steering gear via the steering shaft 2. [

조향기어에 전달된 회전운동은 감속과 더불어 기어형식에 따라 직선 또는 선회운동으로 변환되고, 이것이 상기 링크기구를 통해 전달되어 전륜이 조향되는 것이다.The rotational motion transmitted to the steering gear is converted to a linear or pivotal motion according to the gear type together with the deceleration, and this is transmitted through the link mechanism to steer the front wheel.

여기서, 기어기구는 기어형식에 따라 래크 피니언, 웜섹터 롤러, 순환볼 형식 등 다수가 있으며, 예시도면 도 1 (나)는 래크 피니언 형식의 기어기구를 나타내고 있다.Here, there are many gear mechanisms, such as a rack pinion, a worm sector roller, and a circular ball type, depending on the gear type. FIG. 1 (B) shows a rack pinion type gear mechanism.

래크 피니언 형식의 기어기구는 조향축(2)에 피니언(7)이 형성되고, 이와 연동되는 래크(8)가 상기 링크기구와 결합되어 조향휠(1)의 회전운동이 직선운동으로 변환되도록 되어있다.In the gear mechanism of the rack pinion type, a pinion 7 is formed on the steering shaft 2, and a rack 8 linked to the pinion 7 is engaged with the link mechanism so that the rotational motion of the steering wheel 1 is converted into a linear motion have.

이러한 래크 피니언 형식의 기어기구는 소형 경량이며 낮게 설치할 수 있어 주로 소형차에 많이 채용되고 있다.Such a rack-pinion type gear mechanism is small and lightweight and can be installed at a low height, and is mainly employed in compact cars.

그러나, 이러한 조향장치는 차체의 운동특성에 따른 이상적인 조향특성이 기대될 수 없다.However, such a steering apparatus can not be expected to have an ideal steering characteristic according to the motion characteristics of the vehicle body.

즉, 상기된 바와 같이 조향장치는 기계적인 동력전달장치로, 조작기구, 기어기구, 링크기구는 기계적으로 결합되어 있으며, 그 제어는 운전자의 조향휠 조작에 전적으로 의존되고 있다.That is, as described above, the steering device is a mechanical power transmission device, and the operating mechanism, the gear mechanism, and the link mechanism are mechanically coupled, and the control thereof is entirely dependent on the steering wheel operation of the driver.

한편, 이러한 조향장치에 의한 조향은 차량 중심의 수직축에서의 회전운동인 요우 모션(yaw motion)과 횡운동인 레터럴 모션(lateral motion)을 유발하고 레터럴 모션이 운전자의 목적하는 궤적을 추종하는 주역할을 담당하고 있다.On the other hand, steering by this steering device causes yaw motion and lateral motion, which are rotational motions in the vertical axis of the vehicle center, and that the lateral motion follows the intended trajectory of the driver He is in charge of leading role.

그런데, 이러한 요우 모션과 레터럴 모션은 운동특성상 서로 연계되어 있어, 노면의 상태나 풍력등의 외란에 의해 차량에 요우 모션이 발생하고, 이때, 운전자가 이를 제어하려고 조향휠은 조작하게 되면 레터럴 모션까지 영향을 받게 되므로 대형사고가 발생된 우려가 있는 것이다.However, since the yawing motion and the lateral motion are linked with each other due to the motion characteristics, yawing motion occurs in the vehicle due to the disturbance such as the state of the road surface or the wind power. At this time, when the steering wheel is manipulated by the driver, There is a possibility that a major accident occurs because it is affected by motion.

이러한 문제점을 해소하기 위해 현재 의욕적으로 개발중인 것이 조향휠과 기어기구에 결합되는 조향축을 분리하고, 운전자의 조향휠 조작을 기초로 여기에 차량의 동적특성을 파악하여 제어유니트가 조향을 수행하는 전자제어식 능동 조향장치이며, 본 발명은 이것에 적용되는 차량 조향장치의 요우모션 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.In order to solve such a problem, a steering shaft coupled to a steering wheel and a gear mechanism is currently being developed in an ambitious manner, and the steering unit of the steering wheel is controlled based on the steering wheel operation of the driver, And it is an object of the present invention to provide a yawing motion control method of a vehicle steering apparatus applied to the active steering system.

이를 위한 본 발명은 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 조향각을 결정하여 제어기가 부여할 수 있도록 한 것이다.The present invention for this purpose is based on the fact that the lateral acceleration of the vehicle, which is a factor of the lateral motion of the vehicle, is related to the lateral slip angle of the front wheel, so that the controller can determine the steering angle that excludes the yaw rate at such lateral slip angle.

따라서, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있는 것이다.Therefore, when the disturbance occurs, the yawing motion is suppressed and the driving trajectory is maintained, so that the driving stability of the vehicle is improved.

도 1 (가)(나)는 종래 기계식 조향장치의 예시도,1 (A) and 1 (B) are diagrams showing a conventional mechanical steering apparatus,

도 2 (가)(나)는 본 발명에 따른 요우모션 제어방법을 나타낸 개념도,2 (a) and 2 (b) are conceptual diagrams showing a yawing motion control method according to the present invention,

도 3 은 본 발명을 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating the present invention.

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 차량 주행중 외란 작용시 전륜조향각()이 충분히 작다는 가정하에 후륜의 횡방향력이 배제된 위치()에서 차량의 횡방향력이 전륜의 횡미끄럼각()의 함수인 전륜의 횡방향력()으로 대체되는 차량의 횡가속도()를 결정하고, 전륜의 횡미끄럼각속도()는 운전자의 조향각속도()와 제어기의 조향각속도()의 합과 전륜샤시의 미끄럼각속도()의 차인 것을 결정하여, 상기 횡미끄럼각()이 요우레이트(γ)에 무관하면 상기 횡가속도()가 요우레이트(γ)에 무관하다는 것으로 부터 상기 횡미끄럼각속도()에서 오우레이트(γ)성분이 배제되는 제어기의 조향각속도()를 설정하고, 이것의 적분값이 제어기의 조향각()이 되는 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법이다.The present invention relates to a front wheel steering angle control system ) Is sufficiently small, the position at which the lateral force of the rear wheel is excluded ( ), The lateral force of the vehicle corresponds to the lateral slip angle of the front wheel The lateral force of the front wheel ) ≪ / RTI > of the vehicle < RTI ID = 0.0 & ), And the lateral sliding angular velocity of the front wheel ( ) Is the steering angle velocity of the driver ) And the steering angle velocity of the controller ( ) And the sliding angular velocity of the front wheel chassis ), And the lateral slip angle ( Is independent of the yaw rate?, The lateral acceleration? ) Is independent of the yaw rate (?), The lateral slip angular velocity The steering angle velocity of the controller in which the yaw rate (?) Component is excluded ), And the integral value thereof is set to the steering angle of the controller ) Of the vehicle.

예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법을 나타낸 개념도로서, 본 발명은 차량 주행중 외란 작용시 운전자가 제어할 수 없는 요우모션을 능동조향장치의 제어기가 제어하도록 하였다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a method of controlling yaw motion of a vehicle active steering apparatus according to the present invention. In the present invention, a controller of an active steering apparatus controls a yaw motion that can not be controlled by a driver during a disturbance operation while the vehicle is running.

즉, 상기된 바와같이 운전자가 수행하는 차량 조향은 요우모션과 레터럴모션을 유발하게 되는데, 이러한 요우모션과 레터럴모션을 분리하고, 요우모션이 배제된 조향각을 제어기가 부여하므로써, 외란작용시 차량의 요우모션을 억제하도록 한 것이다.In other words, as described above, the vehicle steering performed by the driver causes yaw motions and lettering motions. By separating the yaw motions from the letter motions and giving the steering angles excluding the yaw motions to the controller, The yaw motion of the vehicle is suppressed.

먼저, 후륜의 횡방향력의 영향을 받지 않는 위치에서의 차량의 횡가속도를 설정한다.First, a position that is not affected by the lateral force of the rear wheel The lateral acceleration of the vehicle .

여기서,이며,here, Lt;

는 무게중심 CG로부터의 회전관성모멘트, Is the rotational inertia moment from the center of gravity CG,

은 차량무게이고, Is the vehicle weight,

는 무게중심 CG 로 부터 후륜 중심간의 거리이다. Is the distance between the center of gravity CG and the center of the rear wheel.

따라서, 상기 lp에서의 횡가속도가 된다.Therefore, the lateral acceleration at l p .

여기서,는 차량의 횡방향력이고,는 전륜의 조향각이다.here, Is the lateral force of the vehicle, Is the steering angle of the front wheel.

한편, 전륜의 횡력은 전륜의 횡미끄럼각의 함수로 표현되며,직진 주행중 외란이 작용할때의 전륜 조향각는 충분히 작으므로, 차량의 횡방향력는 전륜의 횡방향력으로 대치된다.On the other hand, the lateral force of the front wheel is the lateral slip angle , And when the disturbance during the straight running is applied, the front wheel steering angle < RTI ID = 0.0 > Is sufficiently small, the lateral force of the vehicle The lateral force of the front wheel .

따라서, 횡가속도가 된다.Therefore, .

여기서, 레터럴 모션을 결정하는 횡가속도 ayp는 전륜의 횡미끄럼각 가 요우레이트 γ 와 무관하면, 상기 횡미끄럼각 Here, the lateral acceleration a yp, which determines the lateral motion, Is independent of the yaw rate?, The lateral slip angle?

즉, 요우레이트와 무관한 횡미끄럼각를 결정하여 이를 기초로 외란작용시 레터럴 모션만이 존재하는 조향각을 제어기가 부여할 수 있는 것이다.That is, the lateral slip angle independent of the yaw rate And based on this, the controller can give the steering angle in which there is only the letter motion in disturbance operation.

다시 말하면 목표 조향각가 되는 것이다.In other words, .

한편, 횡미끄럼각 각속도이며,는 운전자의 조향각속도,는 제어기의 조향각속도이며,는 전륜샤시의 미끄럼각속도이고, 이들의 시간에 대한 적분치는 각을 나타내게 된다.Meanwhile, the lateral slip angular velocity Lt; The steering angle of the driver, Is the steering angle velocity of the controller, Is the sliding angular velocity of the front wheel chassis, and the integral value with respect to time represents an angle.

그런데,이고,By the way, ego,

이다. to be.

이로부터, 전륜의 횡미끄럼각속도에서 요우레이트 γ 요소를 배제하기 위한 제어기의 조향각속도를 설정하여 이것이 제어기의 조향각이 되도록 한다.From this, the lateral sliding angular velocity The steering angle velocity < RTI ID = 0.0 > So that it is the steering angle of the controller.

즉,으로 설정하여에 포함된 γ 성분을 배제시키는 것이다.In other words, By setting Is excluded.

여기서,이며,는 외란이 발생되지 않는 정상주행에서의 요우레이트 레퍼런스로 이는 차량에 따라 실험적으로 결정되어진다.here, Lt; Is a yaw rate reference in a normal driving state in which disturbance does not occur, which is experimentally determined depending on the vehicle.

인데,이다. However, to be.

여기서,는 전륜의 코너링강성이고,은 후륜의 코너링강성이다.here, Is the cornering rigidity of the front wheel, Is the cornering rigidity of the rear wheel.

이로부터를 구해보면, cosβ 가 충분히 작다고 가정할때이 되므로,가 된다.From this Assuming that cos β is sufficiently small, Therefore, .

즉, 제어기의 조향각속도를으로 설정하므로써That is, the steering angle speed of the controller By setting

전륜의 횡미끄럼각속도에서 요우레이트 γ 가 배제되고, 그 결과로써 상기 차량의 횡가속도 ayp가 요우레이트에 무관하게 되는 것이다.Sliding angular velocity of front wheel The yaw rate? Is excluded, and as a result, the lateral acceleration a yp of the vehicle is independent of the yaw rate.

다시 말하면, 제어기가가 되게 제어하면, 차량의 운동을 레터럴 모션만이 남게 되는 것이다.In other words, , Only the motion of the vehicle is left as the motion of the vehicle.

이상에서,Thus,

이고, 제어기의 조향각는 조향각속도의 적분에 의해 얻어진다. And the steering angle of the controller Steering angle velocity ≪ / RTI >

이러한 제어기의 조향각속도에서,,γ등은 차량에 장착된 센서로 부터 검출되며,,등은 결정된 값이다.The steering angle velocity in , , γ, etc. are detected from the sensors mounted on the vehicle, , Etc. are determined values.

한편, 요우각속도는로 부터 얻어지며, 이는를 검출하는 두개의 가속도 센서를 차량 종방향으로 장착시켜 검출하며, la는 이들간의 이격거리이다.On the other hand, Lt; / RTI > and Are detected by mounting the two acceleration sensors in the vehicle longitudinal direction, and l a is a separation distance between them.

따라서, 본 발명은 도 3 의 블럭도에서와 같이, 차량에 장착된 센서와 연산수단을 통해 제어기의 조향각를 구해를 합한 목표전류 조향각를 검출하고, 이를 모우터(M)가 조향축(10)에 부여하여 외란발생시 요우모션이 제어되는 것이다.Therefore, the present invention can be applied to a steering angle sensor of a controller through a sensor mounted on a vehicle and a calculation means, Get the Target current steering angle And the motor M is applied to the steering shaft 10 to control the yawing motion when a disturbance occurs.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 차량의 레터럴 모션의 요인인 차량 횡가속도는 전륜의 횡미끄럼각과 관계됨에 근거하여 이러한 횡미끄럼각에서 요우레이트를 배제하는 제어기의 조향각을 부여함으로써, 외란이 발생할 경우 요우모션이 억제되어 주행궤적을 유지하므로 차량의 주행안정성이 향상되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the vehicle lateral acceleration, which is a factor of the lateral motion of the vehicle, is related to the lateral slip angle of the front wheel, and by giving the steering angle of the controller that excludes the yaw rate at such lateral slip angle, The yawing motion is suppressed and the running locus is maintained, so that the driving stability of the vehicle is improved.

Claims (1)

차량 주행중 외란 작용시 전륜조향각()이 충분히 작다는 가정하에 후륜의 횡방향력이 배제된 위치()에서 차량의 횡방향력이 전륜의 횡미끄럼각()의 함수인 전륜의 횡방향력()으로 대체되는 차량의 횡가속도()를 결정하고, 전륜의 횡미끄럼각속도()는 운전자의 조향각속도()와 제어기의 조향각속도()의 합과 전륜샤시의 미끄럼각속도()의 차인 것을 결정하여, 상기 횡미끄럼각()이 요우레이트(γ)에 무관하면 상기 횡가속도()가 요우레이트(γ)에 무관하다는 것으로 부터 상기 횡미끄럼각속도()에서 오우레이트(γ)성분이 배제되는 제어기의 조향각속도()를 설정하고, 이것의 적분값이 제어기의 조향각()이 되는 차량 능동조향장치의 요우모션 제어방법.Steering angle of front wheel during disturbance during vehicle operation ) Is sufficiently small, the position at which the lateral force of the rear wheel is excluded ( ), The lateral force of the vehicle corresponds to the lateral slip angle of the front wheel The lateral force of the front wheel ) ≪ / RTI > of the vehicle < RTI ID = 0.0 & ), And the lateral sliding angular velocity of the front wheel ( ) Is the steering angle velocity of the driver ) And the steering angle velocity of the controller ( ) And the sliding angular velocity of the front wheel chassis ), And the lateral slip angle ( Is independent of the yaw rate?, The lateral acceleration? ) Is independent of the yaw rate (?), The lateral slip angular velocity The steering angle velocity of the controller in which the yaw rate (?) Component is excluded ), And the integral value thereof is set to the steering angle of the controller ) Of the yawing motion of the vehicle.
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